CN120789918B - 一种基于ai动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，用于处理生物质燃烧后的烟气；包括：尘硝一体装置，包括水平分布的高温除尘器和SCR反应器，所述高温除尘器和所述SCR反应器共壁设置并且烟气依次流经所述高温除尘器和所述SCR反应器，所述高温除尘器具有进烟口，所述SCR反应器具有出烟口；原烟道，与进烟口连接；净烟道，与出烟口连接。本发明取代了先SCR脱硝、然后降温再布袋除尘的常规工艺，避免了SCR催化剂被生物质碱金属灰粘附中毒的现象；同时尘硝一体化（共壁）设计可以减少高温除尘器和SCR反应器的裸露外壁，减少散热损失，从而提高热量回收能力。

Description

一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统

技术领域

本发明涉及生物质能清洁利用与环保装备领域，尤其是涉及一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统。

背景技术

生物质锅炉成为减碳的新型设备被大量应用。在当前的能源利用技术领域，生物质锅炉作为利用生物质能进行供热或发电的设备，通常由燃烧室、换热系统以及排烟净化系统等部分组成。生物质燃料（如秸秆、木屑）灰分中富含K、Na等碱金属，燃烧生成的粉尘具有强粘附性。但与传统燃煤锅炉相比，生物质锅炉具有更高的燃料利用率以及低碳排放的优势。

在实际的使用过程中，生物质锅炉排放的烟气除了上述杂质外，还具有很大的热量，而如何更好的回收利用烟气中的热量对于节能减排也有很大的益处。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，具有更好的节能性优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，用于处理生物质燃烧后的烟气；

包括：

尘硝一体装置，包括水平分布的高温除尘器和SCR反应器，所述高温除尘器和所述SCR反应器共壁设置并且烟气依次流经所述高温除尘器和所述SCR反应器，所述高温除尘器具有进烟口，所述SCR反应器具有出烟口；

原烟道，与进烟口连接；

净烟道，与出烟口连接。

现有的SCR反应器+布滤袋是分离设置；当然，也有采用高温金属滤袋除尘器+SCR反应器的工艺，但不共壁。这样做是因为高温除尘器和SCR反应器本身就是两个独立的单元，把高温除尘器和SCR反应器通过联通烟道进行连接属于最正常的布置，但是上述的布置方式，使得高温除尘器和SCR反应器所有的壁面均处于裸露状态，散热量大，这样不利于热量的回收利用，而高温除尘器和SCR反应器共壁设置，可以减少高温除尘器和SCR反应器的裸露外壁，减少散热损失，从而提高热量回收能力，节能性更好，同时由于减少了外壁，当然也可以节省材料；另外由于温除尘器和SCR反应器共壁设置，这样可以尽可能的缩短联通烟道或者不使用联通烟道，一来减少在联通烟道处的散热损失，二来降低烟气阻力。

可选的，所述尘硝一体装置的外侧包裹有隔热层。

通过采用上述技术方案，尘硝一体装置的外侧包裹有隔热层，可以减少散热和提高保温，烟气流经尘硝一体装置时热量交换更少，有利于后续的热量回收利用。

可选的，所述高温除尘器和所述SCR反应器的共壁处上端设置有连通两者的连通口。

通过采用上述技术方案，温除尘器和SCR反应器之间通过连通口连通，而不使用联通烟道，一来减少在联通烟道处的散热损失，二来降低烟气阻力。

可选的，所述连通口位于所述SCR反应器的一侧设置有烟气导流组件。

通过采用上述技术方案，烟气导流组件的存在提高了烟气的流动性，从而减少阻力，可以降低驱动烟气流动的设备（比如风机等）的功率，起到节能作用。

可选的，所述烟气导流组件包括若干相互平行且等距设置的烟气导流板；所述烟气导流板倾斜设置并且沿着远离所述高温除尘器的方向倾斜向下设置。

通过采用上述技术方案，烟气在烟气导流板的导向作用下流向SCR反应器的催化剂层，减少烟气的移动路径，避免烟气撞击在SCR反应器的侧壁上，提高烟气的流动性。

可选的，所述原烟道内设置有喷氨格栅；所述喷氨格栅用于均匀喷射氨气；所述高温除尘器包括若干水平均匀分布的金属滤袋。

通过采用上述技术方案，喷氨格栅设置在高温除尘器前侧，通过大容量低流速的高温除尘器，相对于喷氨格栅是设置在SCR入口烟道处的常规设置，金属滤袋提供更大接触面积，促进湍流混合，并且氨气通过金属滤袋微孔扩散，形成均匀气雾，使得氨气与烟气更加充分混合，确保进入后续SCR反应器的氨气分布均匀，避免局部过量或不足，提高后续SCR反应器的脱硝效率。同时由于生物质燃料（如秸秆、木屑）灰分中富含K、Na等碱金属，燃烧生成的粉尘具有强粘附性，如果使用一般的低温（220℃以下）布滤袋，那么SCR反应器（300℃~420℃）只能前置，然后降温再除尘，那么原烟气中碱金属粉尘会粘附在催化剂孔道中，使得催化剂中毒。

可选的，所述高温除尘器的顶部设置有喷吹组件；所述喷吹组件用于同时向所有的金属滤袋喷射压缩空气；所述高温除尘器的底部设置有灰斗。

通过采用上述技术方案，喷吹组件向金属滤袋喷射压缩空气，压缩空气穿过金属滤袋的滤孔从而清除掉粘附在金属滤袋外表面上的粉尘，由于滤袋为金属材质，在压缩空气的冲击下，粉尘容易掉落，掉落的粉尘会掉入到下侧的灰斗进行收集，有利于后续集中清理。

可选的，所述灰斗内设置有超声震荡器。

通过采用上述技术方案，由于喷氨格栅设置在高温除尘器的前侧，所以氨气在流经金属滤袋时会被金属滤袋上的粉尘吸收一部分，同时当粉尘从金属滤袋上掉落时会与上升的氨气接触从而再次被吸收一部分，这样氨气在一定程度上会有损失，从而影响后续SCR反应器催化效果，同时也不利于氨气的准确控制，所以在灰斗内设置超声震荡器，超声震荡器工作时驱动灰斗内的粉尘进行震荡，从而使得其吸附的氨气脱离重新流向金属滤袋，继而进入SCR反应器，这样大大的提高了SCR反应器的催化效果，同时有利于准确控制氨气的喷射量。

可选的，所述喷吹组件的喷吹频率和喷吹压力根据所述金属滤袋的进出端之间的差压实时改变。

通过采用上述技术方案，当金属滤袋的进出端的差压大于设定值时，说明金属滤袋需要清理，这样提高喷吹组件的喷吹频率和喷吹压力，从而增加其清理能力；当金属滤袋的进出端的差压小于设定值时，说明金属滤袋清理过度，这样降低喷吹组件的喷吹频率和喷吹压力，从而减弱其清理能力，从而使得金属滤袋快速恢复到设定的过滤能力，这样使得金属滤袋的过滤能力始终控制在设定范围，有利于对整个系统的控制。

可选的，所述原烟道和所述净烟道之间设置有回流装置；所述回流装置把所述净烟道内的烟气回流至所述原烟道。

通过采用上述技术方案，在锅炉低负荷时将净烟气回流至前端，保证SCR反应器入口烟气最低流速，满足SCR反应器入口流速偏差率≤10%，使得SCR反应器始终处于30%-100%负荷范围内的稳定运行状态，保证其催化效率。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图2是本发明的尘硝一体装置的结构示意图。

图3是本发明的图2中A的局部放大的结构示意图。

图4是本发明的实施例四的金属滤袋的剖面的结构示意图。

图5是本发明的图4中A的局部放大的结构示意图。

图6是本发明的图4中B的局部放大的结构示意图。

附图标记说明：

原烟道；2、尘硝一体装置；200、连通口；3、高温除尘器；31、金属滤袋；311、连接法兰；312、不锈钢过滤层；313、不锈钢支撑网；314、膨胀件；3141、兜风环；3142、驱动杆；3143、金属弹片；3144、外支撑套；3145、支撑底环；3146、主体套；3147、连接部；3148、套底座；32、灰斗；33、超声震荡器；34、仓泵；35、喷吹组件；4、SCR反应器；41、烟气导流组件；42、烟气导流板；5、净烟道；6、回流烟道；7、喷氨格栅；8、回流风机；9、AI动态控制系统；91、原烟道CEMS；92、氨气调阀；93、原烟道温压测点；94、除尘器差压计；95、尘硝一体化差压计；96、SCR测温压测点；97、净烟道CEMS；98、AI动态优化控制系统。

具体实施方式

以下结合附图1-图3对本发明作进一步详细说明。

实施例一：公开一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，参考图1，原烟道1、尘硝一体装置2、净烟道5、喷氨格栅7和AI动态控制系统9；尘硝一体装置2包括相互连接的高温除尘器3和SCR反应器4；高温除尘器3具有进烟口；SCR反应器4具有出烟口；原烟道1的一端与生物质锅炉连接、另一端与高温除尘器3的进烟口连接；净烟道5的一端与SCR反应器4的出烟口连接、另一端与热量回收装置连接；喷氨格栅7安装在原烟道1内；AI动态控制系统9用于控制喷氨格栅7的氨气喷射量。生物质锅炉内燃烧生物质燃料（如秸秆、木屑），燃烧后的烟气进入原烟道1，原烟道1内喷射处氨气与烟气混合后进入高温除尘器3进行除尘，然后除尘后的烟气进入SCR反应器4，SCR反应器4中的催化剂在还原剂氨气的作用下，降烟气中的氮氧化物转化为无害的氮气和水，氮气和水沿着净烟道5排出，由于此时烟气还具有较高的温度，所以烟气可以沿着净烟道5排入到热量回收装置内进行热量回收。在此过程中，由于喷氨格栅7位于高温除尘器3的前侧，相对于把喷氨格栅7设置在高温除尘器3之后、SCR反应器4之前这种常见的布置，氨气经过高温除尘器3会与烟气充分混合，从而有效提高后续的SCR反应器4的催化还原效果。另外烟气经过高温除尘器3后，其中的粉尘浓度≤10mg/Nm³，粉尘含量很低，所以SCR反应器4可以不设吹灰器，与现有常见的SCR反应器4不同。

参考图2，现有的常规设置，高温除尘器3和SCR反应器4一般分离设置，这样做是因为高温除尘器3和SCR反应器4本身就是两个独立的单元，把高温除尘器3和SCR反应器4通过联通烟道进行连接属于最正常的布置，但是上述的布置方式，使得高温除尘器3和SCR反应器4所有的壁面均处于裸露状态，散热量大，这样不利于热量的回收利用。为了解决上述问题，在本实施例中，高温除尘器3和SCR反应器4水平设置并且两者共壁设置，可以减少高温除尘器3和SCR反应器4的裸露外壁，减少散热损失，从而提高热量回收能力，节能性更好，同时由于减少了外壁，当然也可以节省材料；另外由于温除尘器3和SCR反应器4共壁设置，这样可以尽可能的缩短联通烟道或者不使用联通烟道，一来减少在联通烟道处的散热损失，二来降低烟气阻力。

参考图2，高温除尘器3和SCR反应器4的共壁处上端设置有连通两者的连通口200，这样可以不使用联通烟道，一来减少在联通烟道处的散热损失，二来降低烟气阻力，此时总阻力≤2000Pa，低于常规阻力20%。为了进一步减少尘硝一体装置2整体散热，尘硝一体装置2的外侧包裹有隔热层，其中隔热可以采用陶瓷纤维、岩棉或者硅酸钙板，同时高温除尘器3和SCR反应器4的温度均为300℃~420℃。

参考图2，工作时，烟气会通过连通口200，从高温除尘器3进入到SCR反应器4，由于高温除尘器3和SCR反应器4水平分布，这样烟气通过连通口200后水平流动，但是由于SCR反应器4内三层催化剂床自上而下，这样烟气不会首先进入到催化剂床，而是撞击到SCR反应器4的正对连通口200的侧壁，这样会造成烟气的阻力增加，从而增加驱动烟气流动的驱动件（比如风机）功率。为了解决上述问题，在连通口200位于SCR反应器4的一侧设置有烟气导流组件41，烟气在烟气导流组件41的作用下会被引导向催化剂床，避免撞击。参考图3，烟气导流组件41包括若干相互平行且等距设置的烟气导流板42；烟气导流板42倾斜设置并且沿着远离高温除尘器3的方向倾斜向下设置，这样烟气经过相邻的烟气导流板42之间的倾斜通道流向催化剂床；为了提高烟气导流板42的稳定性，相邻的烟气导流板42之间设置有若干竖直设置的连接壁。

参考图2，高温除尘器3包括位于顶部的喷吹组件35、位于中间的若干水平均匀分布的金属滤袋31、位于底部的灰斗32和连接灰斗32下端开口处的仓泵34。工作时，氨气和烟气的混合烟气经过金属滤袋31过滤掉粉尘，喷吹组件35间歇并且同时自上而下对金属滤袋31喷射压缩空气从而使得粘附在金属滤袋31外表面上的粉尘掉落进入到灰斗32，仓泵34间歇工作排掉灰斗32内粉尘。现有的高温除尘器内的滤袋不能采用布滤袋，因为布滤袋只能承受220℃以下的烟温。而常规的SCR反应器+降温+布滤袋，由于生物质燃料（如秸秆、木屑）灰分中富含K、Na等碱金属，燃烧生成的粉尘具有强粘附性，会粘附在催化剂的孔道中，使得催化剂中毒。所以本实施例中采用能承受高温的金属滤袋，并且金属滤袋在压缩空气的冲击下，粉尘容易掉落，提高滤袋的使用寿命。

参考图2，金属滤袋31呈内部中空的圆柱状，上端开口，下端封闭，其采用316L不锈钢金属纤维滤袋和304L袋笼（或304L支撑网）的材料组合方案，满足300℃~420℃的高温烟气；考虑实际的使用场景，所有的金属滤袋31采用矩形阵列分布。烟气经过金属滤袋31的侧壁，然后从上端开口离开。由于传统的喷氨位置设置在高温除尘器3之后、SCR反应器4之前，本实施例中，金属滤袋31提供更大接触面积，促进湍流混合，并且氨气通过金属滤袋31微孔扩散，形成均匀气雾，确保进入SCR反应器4的氨气分布均匀，避免局部过量或不足，提高脱硝效率。

参考图2，喷吹组件35包括若干喷射管路和若干脉冲阀；喷射管路上安装有若干喷嘴；喷嘴与金属滤袋31一一对应并且喷嘴位于金属滤袋31；喷射管路和脉冲阀一一对应并且脉冲阀用于压缩空气进入喷射管路；脉冲阀用于连接喷射管路与外部的压缩空气供给装置。

参考图1，AI动态控制系统9包括原烟道CEMS91、氨气调阀92、原烟道温压测点93、除尘器差压计94、尘硝一体化差压计95、SCR测温压测点96、净烟道CEMS97和AI动态优化控制系统98。

其中除尘器差压计94用于监控金属滤袋31的进出端之间的差压，AI动态优化控制系统98根据除尘器差压计94检测的数据实时改变喷吹组件35的喷吹频率和喷吹压力。当金属滤袋31的进出端的差压大于设定值时，说明金属滤袋31需要清理，这样提高喷吹组件35的喷吹频率和喷吹压力，从而增加其清理能力；当金属滤袋31的进出端的差压小于设定值时，说明金属滤袋31清理过度，这样降低喷吹组件35的喷吹频率和喷吹压力，从而减弱其清理能力，从而使得金属滤袋31快速恢复到设定的过滤能力，这样使得金属滤袋31的过滤能力始终控制在设定范围，有利于对整个系统的控制。通过AI数据模型，指导AI核心计算，当检测数据的不断增多，AI数据模型会越来越完善，AI核心计算也会越来越精准。

其中，AI动态控制系统9基于烟气负荷波动的多变量前馈-反馈复合AI控制算法，提升控制反应速率，实现氨气调阀92与进出口NOx浓度以及多参数前反馈联合控制。

实施例二：实施例二和实施例一的区别在于：参考图2，由于实施例一的喷氨位置设置不是传统布置：在高温除尘器3之后、SCR反应器4之前，而是设置在高温除尘器3之前，所以氨气在流经金属滤袋31时会被金属滤袋31上的粉尘吸收一部分，同时当粉尘从金属滤袋31上掉落时会与上升的氨气接触从而再次被吸收一部分，这样氨气在一定程度上会有损失，从而影响后续SCR反应器4催化效果，同时也不利于氨气的准确控制。

为了解决上述问题，在灰斗32内设置超声震荡器33，超声震荡器33工作时驱动灰斗32内的粉尘进行震荡，从而使得其吸附的氨气脱离重新流向金属滤袋31，继而进入SCR反应器4，这样大大的提高了SCR反应器4的催化效果，同时有利于准确控制氨气的喷射量。当然也可以采用加热灰斗32内的粉尘，使得粉尘中吸附的氨气可以脱离，但是这样会才产生额外的能耗消耗。在其他实施例中，可以在高温除尘器3的外部设置用于氨气脱离粉尘的设备，灰斗32内的粉尘通过仓泵34输送到上述的设备中，在此设备中可以设置超声震荡器33或者加热器使得氨气脱离粉尘，脱离的氨气重新引入到高温除尘器3内。超声震荡器33也可以采用其他振动装置，比如机械式振动器、气动式振动器或者液压式振动器等。

实施例三：实施例三和实施例一的区别在于：参考图1，原烟道1和净烟道5之间设置有回流装置；回流装置把净烟道5内的烟气回流至原烟道1；其中回流装置包括连接在原烟道1和净烟道5之间的回流烟道6和安装在回流烟道6上的回流风机8；这样在锅炉低负荷时将净烟气回流至前端，保证SCR反应器入口烟气最低流速，满足SCR反应器入口流速偏差率≤10%，使得SCR反应器始终处于30%-100%负荷范围内的稳定运行状态，保证其催化效率。

实施例四：实施例四和实施例一的区别在于：参考图4-图6，金属滤袋31包括上端的连接法兰311、固定在连接法兰311的下端面上的不锈钢过滤层312、防止在不锈钢过滤层312内的不锈钢支撑网313和设置在不锈钢过滤层312与不锈钢支撑网313之间的膨胀件314；不锈钢过滤层312由不锈钢纤维组成；不锈钢过滤层312的上端开口、下端封口。

参考图4-图6，膨胀件314包括兜风环3141、若干圆周均匀并且固定在兜风环3141的下端面上的驱动杆3142、若干套设在驱动杆3142上的外支撑套3144和固定在所有的外支撑套3144底部的支撑底环3145；支撑底环3145抵靠住不锈钢过滤层312的底部；外支撑套3144包括与支撑底环3145固定连接的套底座3148、若干沿着驱动杆3142轴向分布的支撑环部和若干金属弹片3143；所述支撑环部包括下侧的连接部3147和上侧的圆环柱体的主体套3146；最下侧的连接部3147与套底座3148连接、其余的连接部3147与下侧相邻的主体套3146连接；最下侧的金属弹片3143的上端与驱动杆3142固定连接、下端与支撑底环3145固定连接；其余的金属弹片3143的上端与驱动杆3142固定连接、下端与主体套3146固定连接；为了提高金属弹片3143的膨胀效果，金属弹片3143的中部呈圆弧状并且径向向内开口设置。

工作时，兜风环3141兜住喷吹组件35喷出的压缩空气，从而带动所有的驱动杆3142下降，此过程中金属弹片3143的上端随着驱动杆3142下降，金属弹片3143弯曲，从而顶开不锈钢过滤层312，使得粘附在不锈钢过滤层312上的粉尘更容易脱离，然后喷吹组件35停止喷射压缩空气后，金属弹片3143复位，使得兜风环3141和所有的驱动杆3142共同上升回位。通过上述金属弹片3143的间歇性弯曲从而使得不锈钢过滤层312间歇性膨胀，再结合压缩空气的喷吹，金属滤袋31的清理效果更加。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，用于处理生物质燃烧后的烟气；

其特征在于：包括：

尘硝一体装置（2），包括水平分布的高温除尘器（3）和SCR反应器（4），所述高温除尘器（3）和所述SCR反应器（4）共壁设置并且烟气依次流经所述高温除尘器（3）和所述SCR反应器（4），所述高温除尘器（3）具有进烟口，所述SCR反应器（4）具有出烟口；

原烟道（1），与进烟口连接；

净烟道（5），与出烟口连接；

所述高温除尘器（3）包括若干水平均匀分布的金属滤袋（31）；所述高温除尘器（3）的顶部设置有喷吹组件（35）；所述喷吹组件（35）用于同时向所有的金属滤袋（31）喷射压缩空气；

金属滤袋（31）包括不锈钢过滤层（312）和设置在不锈钢过滤层（312）内的膨胀件（314）；膨胀件（314）包括兜风环（3141）、若干固定在兜风环（3141）的下端面上的驱动杆（3142）和若干套设在驱动杆（3142）上的外支撑套（3144）；驱动杆（3142）与外支撑套（3144）之间连接有若干金属弹片（3143）；兜风环（3141）和驱动杆（3142）在压缩空气的作用下驱使金属弹片（3143）弯曲以顶开不锈钢过滤层（312）。

2.根据权利要求1所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述尘硝一体装置（2）的外侧包裹有隔热层。

3.根据权利要求1所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述高温除尘器（3）和所述SCR反应器（4）的共壁处上端设置有连通两者的连通口（200）。

4.根据权利要求3所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述连通口（200）位于所述SCR反应器（4）的一侧设置有烟气导流组件（41）。

5.根据权利要求4所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述烟气导流组件（41）包括若干相互平行且等距设置的烟气导流板（42）；所述烟气导流板（42）倾斜设置并且沿着远离所述高温除尘器（3）的方向倾斜向下设置。

6.根据权利要求1所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述原烟道（1）内设置有喷氨格栅（7）；所述喷氨格栅（7）用于均匀喷射氨气。

7.根据权利要求6所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述高温除尘器（3）的底部设置有灰斗（32）。

8.根据权利要求7所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述灰斗（32）内设置有超声震荡器（33）。

9.根据权利要求7所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述喷吹组件（35）的喷吹频率和喷吹压力根据所述金属滤袋（31）的进出端之间的差压实时改变。

10.根据权利要求1所述的一种基于AI动态调控的生物质锅炉尘硝一体化处理系统，其特征在于：所述原烟道（1）和所述净烟道（5）之间设置有回流装置；所述回流装置把所述净烟道（5）内的烟气回流至所述原烟道（1）。